Tìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn b

Tìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn bTìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Đề tài: Tìm hiểu về cảm biến siêu âm - Thiết kế mạch

đo khoảng cách hiển thị ra LED 7 đoạn

BÁO CÁO GIỮA ĐỒ ÁN

VI ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Khắc Nguyên

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Trọng Nhân B2016722 Hoàng Quốc Trung B2016743 Nguyễn Minh Nghĩa B2016781

Hồ Thanh Nhã B2016721 Nguyễn Hải Nam B2016780

I – GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Yêu cầu và giới hạn đề tài

a) Yêu cầu:

• Thiết kế mạch cảm biến siêu âm đo khoảng cách hiển thị ra LED 7 đoạn

b) Giới hạn của đề tài:

• Dùng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách vật thể

1.2 Mục tiêu của đề tài

_Một số mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài:

• Hiểu được cấu tạo của vi điều khiển MSP430

• Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của cảm biến siêu âm

• Cách lập trình bằng ngôn ngữ C, sử dụng phần mềm IAR để lập trình cho họ vi điều khiển MSP430

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

a) Vi điều khiển MSP430G2553

Launchpad MSP430 là một bảng

phát triển thiết kế tất cả các ứng

dụng dựa trên Arduino vì cả hai

đều có các khả năng và tính năng

tương tự nhau Tương tự

như Arduino được phát triển trên

bộ điều khiển AVR, MSP430

được phát triển trên bộ vi điều

khiển TI MSP430

Linh kiện sử dụng

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

+ Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin

• Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM

• Chỉ 0.8µA real-time clock

• 250 µA/ MIPS

+ Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác

• 12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref

• 12 bit DAC

• Bộ giám sát điện áp nguồn

Các tính năng của MSP430

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

+ 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần

ở kích thước Code lập trình

• Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc

• Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành

• Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++

• Có 7 chế độ định địa chỉ

• Khả năng ngắt theo véc tơ lớn

+ Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash còn có thể lưu lại như nhật ký của dữ liệu

Các tính năng của MSP430

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

• P1.0 đến P1.7 và P2.0 đến P2.5 (Chân GPIO): là các chân I/O của bộ vi điều khiển được đưa ra bảng mạch để giao tiếp.

• P1.3 (Nút nhấn): Sử dụng kích tín hiệu chức năng trong quá trình hoạt động.

• P1.0 & P1.6 (Đèn LED): Sử dụng báo trạng thái trong quá trình hoạt động.

• RESET: Nếu được nhấn, vi điều khiển sẽ reset.

• Nguồn: kết nối nguồn điện sau khi lập trình.

• Bộ dao động thạch anh: Để cấp nguồn xung nhịp chính xác.

• Đầu nối eZ430: Cung cấp cầu nối giữa bảng mạch mô phỏng và bảng mạch Vi điều khiển Có thể ngắt kết nối để cách lý cả hai phần.

• Cổng lập trình(Đầu nối USB ở trên): Được kết nối với PC (Để lập trình và cấp nguồn) bằng cổng này.

Sơ đồ chân

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Sơ đồ khối

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

b) Cảm biến siêu âm

• HC-SR04 cảm biến siêu âm rất phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng xác định khoảng cách của đối tượng mục tiêu Module có hai mắt ở phía trước tạo thành bộ phát và bộ thu sóng siêu âm.

• Nó đo khoảng cách chính xác bằng công nghệ không tiếp xúc, tức là không

có tiếp xúc vật lý giữa cảm biến và vật thể.

• Bộ phát và bộ thu là hai bộ phận chính của cảm biến, bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm, còn bộ thu chuyển đổi tín hiệu siêu âm đó trở lại thành tín hiệu điện Các sóng siêu âm này là các tín hiệu âm thanh có thể được đo và hiển thị ở đầu nhận.

• Nó cung cấp các chi tiết đo lường chính xác và đi kèm với độ phân giải

khoảng 3mm, có thể có sự khác biệt nhỏ về khoảng cách tính toán từ đối

tượng và khoảng cách thực tế.

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Chức năng của các chân cảm biến

Vị trí chân Tên chân Chức năng

1 VCC Chân VCC cấp nguồn cho cảm biến, thường là + 5V

Chân TRIGGER là chân đầu vào

Chân này phải được giữ ở mức cao trong 10us để khởi tạo phép đo bằng cách gửi sóng siêu âm

Chân ECHO là chân đầu ra Chân này

ở mức cao trong một khoảng thời gian bằng với thời gian để sóng siêu âm quay trở lại cảm biến

4 GROUND Chân GROUND được nối đất

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Thông số kỹ thuật

• Điện áp hoạt động: + 5V

• Khoảng cách đo: 2cm đến 400cm

• Độ chính xác: 3mm

• Góc đo được bao phủ: <15 °

• Dòng điện hoạt động: 15mA

• Tần số hoạt động: 40kHz

• Độ rộng xung đầu vào TRIGGER: 10us

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Nguyên lí hoạt động của cảm biến

Để đo khoảng cách, ta sẽ phát

1 xung rất ngắn

(5 microSeconds) bằng cách

cho chân Trig lên mức HIGH

trong 10us Sau đó, cảm biến

siêu âm sẽ tạo ra 1 xung

HIGH ở chân Echo cho đến

khi nhận lại được sóng phản

xạ ở chân này, lúc này chân

Echo ở mức LOW Chiều rộng

của xung sẽ bằng với thời gian

sóng siêu âm được phát từ

cảm biển và quay trở lại.

Cảm biến hoạt động với công thức:

Khoảng cách = Tốc độ × Thời gian Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng

số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)) Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Hạn chế

• Cảm biến siêu âm càng xa thì càng bắt không chính xác,

vì góc quét của cảm biến sẽ mở rộng dần theo hình nón

• Bề mặt xiên hay xù xì cũng làm giảm độ chính xác của cảm biến

• Thông số kỹ thuật ghi ở dưới đây là của nhà sản xuất test trong điều khiện lý tưởng, còn thực tế thì tùy theo môi trường làm việc của cảm biến

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

c) LED 7 đoạn

• Led 7 đoạn là linh kiện điện tử tích hợp 8 led đơn được bố trí có thể hiển thị linh hoạt các số từ 0 -9 và các chữ cái từ a – f ( dùng trong hệ thập lục phân ) Một led 7 đoạn có thể hiển thị dấu chấm trong số thực

• Led 7 đoạn có 2 loại chính là Anode chung và Cathode chung

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Cấu tạo của LED 7 đoạn

Sơ đồ chân của Led 7 đoạn module 3 Anode chung

II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống

Mô hình thiết kế phần cứng

Cảm ơn thầy và các bạn

đã xem